Присадка к смазочным материалам

Изобретение относится к области разработки металлоплакирующих присадок к смазочным материалам, содержащим нанокластеры меди размерами от 90 до 138 нм, для улучшения триботехнических свойств смазочной основы. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение триботехнических характеристик смазочных композиций за счет ускорения формирования защитной (сервовитной) пленки на поверхностях трущихся тел. Сущность изобретения заключается в том, что присадка к смазочным материалам, включающая смазочное масло, стабилизатор, нанопорошок меди, при этом в качестве смазочной основы используется глицерин, и стабилизированные желатином нанокластеры меди размерами 80 – 138 нм, содержащиеся в концентрациях от 2,5 до 10 % по массе, при следующем соотношении компонентов мас. %:

Глицерин 88,5 - 97,0 Желатин 0,5 - 1,5 Нанокластеры меди размерами 90 – 138 нм 2,5 – 10

6 табл.

 

Изобретение относится к области разработки металлоплакирующих компонентов присадок к смазочным материалам, содержащих твердофазные наноразмерные добавки металлов, и может быть использовано для получения нанокластеров металлов с узким распределением частиц по размерам и высокой стабильностью.

На данный момент известны два принципа синтеза нанообъектов под условными названиями: «сверху-вниз» и «снизу-вверх» (Рыжонков Д.И., Левина В.В., Дзидзигури Э.Л. Наноматериалы, Бином. Лаборатория знаний, 2014, стр. 88). По принципу «сверху-вниз» получение наночастиц происходит путем измельчения крупных объектов, а принцип «снизу-вверх» предполагает сборку нанокластеров за счет укрупнения атомов. Именно последний путь обеспечивает получение наночастиц высокой аналитической чистоты и с малым распределением частиц по размерам.

К методам синтеза металлических наночастиц по принципу «снизу-вверх» относятся химические методы, основанные на восстановлении катионов металлов в водных, неводных и смешанных водно-органических средах (Оленин А.Ю., Лисичкин Г.В. Получение, динамика структуры объема и поверхности металлических наночастиц в конденсированных средах: Успехи химии 80 (7), 2011, стр. 641).

Реакцию восстановления катионов металлов достаточно часто используют для синтеза водных нанодисперсий. Чем правее в ряду напряжений расположен металл и чем выше электрохимический потенциал восстановителя, тем быстрее протекает реакция. Одними из распространенных восстановителей являются борогидрид натрия и цитрат натрия (отсюда и название методов синтеза - борогидридный и цитратный). Сущность метода заключается в введении восстановителя-стабилизатора в водный раствор соли металла. При данном порядке введения одновременно протекают процесс восстановления катиона металла, образование нанокластеров и их стабилизация. Данные методы характеризуются хорошей воспроизводимостью, что может быть связано с оптимальным соотношением скоростей перечисленных процессов. Однако имеется существенный недостаток - и анион борогидрида, и цитрат-анион являются не очень эффективными стабилизаторами.

Предлагаемый совмещенный звукоэлектрохимический метод синтеза гарантирует получение стабилизированных нанокластеров металлов, которые могут быть использованы в качестве компонентов присадок к смазочным материалам для повышения триботехнических свойств.

В патенте (CN 10101696 А, опубл. 15.08.2007) отмечено снижение коэффициента трения на 30-80% при добавлении композиции на основе наноалмазов и наночастиц меди. Приведены примеры составов смазочных материалов определенного назначения - для ремонта износа деталей машин или автоприсадка к смазочным материалам высшего класса.

Известна металлоплакирующая присадка к смазочным материалам (патент RU №2503713 C1, С01М 125/04, С01М 129/26, опубл. 10.01.2014), содержащая олеиновую кислоту, ультрадисперсный порошок меди, ультрадисперсный порошок цинка, олеат меди, олеат цинка, стеарат меди, стеарат цинка, а также стеариновую кислоту при следующем соотношении компонентов (масс. %): ультрадисперсный порошок меди 30-40, ультрадисперсный порошок цинка 10-15, олеат меди 10-15, олеат цинка 3-5, стеарат меди 5-10, стеарат цинка 3-5, стеариновая кислота 3-5, олеиновая кислота - остальное.

Однако данная присадка довольно медленно формирует защитный слой на поверхности трущихся тел.

В патенте (CN 1858168 А, опубл. 08.11.2006) говорится об использовании наночастиц меди в составе смазочной композиции. Присадки на основе меди улучшают триботехнические свойства смазочных композиций, значительно уменьшают коэффициент трения и износ, гарантируют самовосстановление поверхностей трения. Но недостатком данного изобретения является большая площадь поверхности наночастиц и высокая поверхностная активность. Используемый стабилизатор не обеспечивает стабильность дисперсии, оказывая отрицательное влияние на трибосвойства.

Несмотря на видимый трибоэффект присадок на основе меди, влияние размера наночастиц на триботехнические характеристики не изучено.

Применение нанокластеров меди, как компонента присадки к смазочным материалам известно давно.

Наиболее близким техническим решением является патент (CN 1536058 A, опубл. 13.10.2004), где описывается положительный трибоэффект для добавки к смазочному материалу на основе липофильного нанопорошка меди. Антифрикционное и противоизносное смазочное масло с добавкой нанопорошка меди состоит из 90-95% базового масла (15W-40/SF, 10W/30, SF/CD, 15W/40, SE/CC), 0,1-10% растворимого нанопорошка меди (наилучший эффект для 0,5-5%), 1-20% стабилизатора (наилучший эффект для 5-10%).

Однако в данном техническом решении наночастицы меди получают классическим химическим методом, основным недостатками которого являются небольшое количество порошка на выходе и длительное время эксперимента (около 22 часов). В течение эксперимента необходимо поддерживать определенную температуру (от 20 до 120°С в зависимости от этапа синтеза). Не описаны точные составы присадок, гарантирующие положительный эффект, а указаны их процентные диапазоны. Нет зависимости триботехнических характеристик от размера частиц.

Задача изобретения - интенсификация процесса образования защитных металлоплакирущих пленок и повышение их прочностных свойств для использования в узлах трения больших контактных нагрузок.

Сущность изобретения заключается в том, что присадка к смазочным материалам, включающая смазочное масло, стабилизатор, нанопорошок меди, при этом в качестве смазочной основы используется глицерин, и стабилизированные желатином нанокластеры меди размерами 80-138 нм, содержащиеся в концентрациях от 2,5 до 10% по массе, при следующем соотношении компонентов мас. %:

Глицерин 88,5-97,0
Желатин 0,5-1,5
Нанокластеры меди размерами 90-138 нм 2,5-10

Техническим результатом предлагаемого изобретения является ускорение процесса формирования защитной (сервовитной) пленки на поверхности трущихся тел, а следовательно, снижение износа и коэффициента трения в трибосистеме за счет нанокластеров определенного размера.

Технический результат достигается вследствие того, что в процессе синтеза, варьируя технологическими параметрами эксперимента, получали частицы определенного размера. Для некоторых образцов удалось добиться бимодального распределения частиц по размерам.

Наилучший результат достигается тем, что мелкие частицы достаточно быстро заполняли нанонеровности поверхностей трущихся тел, а крупные - ускоряли процесс формирования сервовитной пленки.

Наилучший результат достигается также при минимальном значении концентрации присадки, т.е. 2,5% по массе.

Данное техническое решение предлагает достаточно простой метод синтеза нанокластеров меди, где подобраны технологические параметры эксперимента, гарантирующие получение нанокластеров определенного размера, исследованы в полном объеме физико-химические и триботехнические свойства нанокластеров меди в составе смазочной композиции.

Предлагаемый метод синтеза занимает 1 ч и не требует корректировок температуры. По результатам звукоэлектрохимического синтеза количество нанопорошка меди на выходе оказывается достаточным для проведения нескольких десятков трибоиспытаний. В ходе исследований триботехнических характеристик выявлен положительный эффект - уменьшение износа от 27 до 36% в зависимости от размера наночастиц меди, входящих в состав присадки. В таблице 1 «Сравнительные характеристики предлагаемого изобретения и аналога (патент CN 1536058 А)» представлено сравнение по основным критериям.

Характеристика материалов:

Глицерин ч.д.а. (чистый для анализа) изготовлен по ГОСТ 6259-75. Физические характеристики указаны в таблице 2 «Физические характеристики глицерина».

Желатин по ГОСТ 11293-89 производства «НеваРеактив» использовался в качестве стабилизатора при синтезе нанокластеров меди. Для стабилизации нанокластеров использовались концентрации желатина 0,5, 5 и 10%. Эти значения были определены, исходя из литературных данных, в которых говорится об оптимальных концентрациях стабилизатора. Как правило, эти значения не превышают 20% и, в среднем, составляют 10%.

Изучение элементного состава полученных образцов наноразмерной меди выполнялись на спектрометре «Spectroskan МАKС - GV». По результатам (таблица 2) исследований видно, что наночастицы меди составляют основу в полученных образцах. Появление других элементов связано с наличием примесей в исходных материалах для получения нанокластеров меди. Размер наночастиц определяли методом динамического рассеяния света на анализаторе NANO-flex (таблица 3). Полученные нанокластеры меди размерами от 90 до 138 нм продемонстрировали наибольшую трибоэффективность. При наличие более крупных или более мелких частиц отмечалось ухудшение свойств смазочной композиции.

Ниже приведен пример реализации способа.

Для получения нанокластеров меди использовали ультразвуковой диспергатор УЗД - 22/44 и источник питания GPD - 732303S/D. В качестве электролитов при электролизе в ультразвуковом поле с медными электродами использованы водные растворы с добавкой стабилизатора. Катод и анод изготовлены из медного листа толщиной 1 мм. Перед экспериментом медные электроды зачищались наждачной бумагой и протравливались концентрированной азотной кислотой. Расстояние между электродами составляло 2 см, площадь электрода равнялась 8 см2.

Все наноразмерные порошки меди получались при определенных технологических параметрах (концентрация стабилизатора, плотность тока, частота ультразвукового воздействия, время эксперимента), представленных в таблице 3 «Технологические параметры эксперимента получения нанокластеров меди», которые оказывают существенное влияние на размер частиц. Каждый набор технологических параметров обеспечивает синтез наночастиц меди определенного размера.

Далее синтезированные нанодисперсии меди высушивали и добавляли к смазочной основе для улучшения триботехнических характеристик. Методом ренгенофлуоресцентной микроскопии был определен состав нанорошков меди, представленный в таблице 4 «Количественный состав нанопорошков меди». Видно, что на 97% состоит из чистой меди.

Результаты трибоиспытаний выявили, что практически все образцы наномеди положительно влияют на антифрикционные свойства базового смазочного материала. Так, наибольшее снижение износа на 36% характерно для наночастиц меди присадки 6 и концентрацией и 2,5%. Для большинства образцов был отмечен интересный эффект - одинаковый процент снижения износа для всех значений концентрации присадки. Возможно, это связано с достаточным количеством металлоплакирующего компонента, т.е. в определенный момент трения, после насыщения трущихся поверхностей медными частицами, происходит формирование защитной медной (сервовитной) пленки, что позволяет поддерживать значение износа на постоянном уровне без его увеличения. В некоторых случаях для достижения положительного эффекта достаточно добавить медных наночастиц в концентрации 2,5% по массе.

Кроме этого выявлена зависимость триботехнических параметров смазочного материала от размера наночастиц: изменение диаметра частиц даже на 2 нм оказывает существенное влияние на диаметр пятна износа. Размеры синтезированных наночастиц меди представлены в таблице 5 «Размер наночастиц меди».

Отдельного рассмотрения заслуживают присадки с размерами структурных элементов 114 и 120 нм. Так, для наночастиц меди размером 114 нм в составе смазочной композиции положительный эффект наблюдается для всех концентраций. Однако для 10%-й концентрации значения ниже, чем для остальных присадок этой же концентрации. Возможно, это связано с избыточным количеством нанокластеров. В то же время, для нанокластеров размером 120 нм худшие показатели были отмечены для 2,5%-й концентрации. Это может быть связано, наоборот, с недостаточной концентрацией металлоплакирующего компонента в составе смазочной композиции. Тем не менее, в большинстве случаев использование наночастиц меди в качестве присадки к смазочным материалам оказывает положительное влияние на триботехнические характеристики трибосистем.

После проведенных экспериментов был проведен сравнительный анализ предлагаемого изобретения и наиболее близкого аналога. Результаты представлены в таблице 6 «Физико-химические и триботехнические характеристики составов». Видно, что предлагаемые составы смазочных композиций эффективнее, чем в прототипе, тем самым обеспечивают высокие значения снижения износа поверхности трущихся тел. Предлагаются составы с конкретными процентными соотношениями для достижения положительного эффекта.

Присадка к смазочным материалам, включающая смазочное масло, стабилизатор, нанопорошок меди, отличающаяся тем, что в качестве смазочного масла используется глицерин, в качестве стабилизатора – желатин, концентрации от 0,5, до 1,5% по массе, и нанокластеры меди, размерами 90 – 138 нм, содержащиеся в концентрациях от 2,5 до 10 % по массе, при следующем соотношении компонентов, мас.%

Глицерин 88,5 - 97,0
Желатин 0,5 - 1,5
Нанокластеры меди размерами 90 – 138 нм 2,5 - 10



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антифрикционным материалам на эпоксидной основе, предназначенным для формования покрытий узлов трения, в том числе сложной конфигурации, и может быть использовано в машиностроении, в частности в станкостроении.

Изобретение относится к области нефтехимии, в частности к углеводородным составам, применяемым для защиты от атмосферных воздействий, а также от воздействия плесневых грибов изделий и конструкций.

Изобретение относится к области смазочных материалов, конкретно, к добавкам к смазочным маслам и пластичным смазкам и может найти применение в машиностроении как средство для ремонта и восстановления изношенных узлов и агрегатов во время эксплуатации за счет создания на поверхностях трения износостойких покрытий.

Изобретение относится к области производства смазочных масел и может быть использовано при выполнении технологической операции обкатки новых или отремонтированных двигателей и применимо в условиях автотранспортных и сельскохозяйственных предприятий, эксплуатирующих и ремонтирующих двигатели внутреннего сгорания, а также прочих предприятий ремонтно-технического назначения.
Изобретение относится к модифицированию смазочных материалов, в частности к получению добавок к моторным маслам, и может быть использовано для повышения износостойкости трущихся деталей.

Изобретение относится к гелевой мультимодальной добавке, включающей наполнитель, дисперсионную среду, структурообразователь, а именно 12-оксистеарат натрия, модификатор реологических свойств, а именно винипол с молекулярной массой 12000, при этом в качестве наполнителя используют олеофилизованный антигорит, имеющий удельную поверхность не менее 70 м2/г и твердость по Виккерсу не более 1 ГПа, а в качестве дисперсионной среды применяют минеральное моторное масло с содержанием ароматических фракций 70-80%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: олеофилизованный антигорит - 25-35; минеральное моторное масло - 55-65; структурообразователь - 2-5; модификатор реологических свойств - 5-8.
Настоящее изобретение относится к смазке для обработки металлов давлением, содержащей мыло щелочного металла с влажностью 10-20 мас.%, при этом она дополнительно содержит нанотрубки графена со средним размером частиц 10-30 нм, модифицированные Mg(NO3)2×6H2O, причем весовое соотношении частиц графена и добавки составляет 1:1, или алюминиевую пудру с размером частиц 1-2 мкм, при следующем соотношении компонентов, масс.%: нанопорошок графена - 1-1,5 или алюминиевая пудра - 2,5-5,5; мыло щелочного металла с влажностью 10-20 мас.% - остальное.
Изобретение относится к композиции для преобразования и восстановления металлических поверхностей трения, приготовленной в виде мелкодисперсного порошка, включающей хризотил, карбид кремния и окислы титана и меди, при этом она дополнительно содержит тальк и терморасширенный графит, содержащий не менее 7% элементов, присутствующих в природном графите, при следующем соотношении компонентов, мас.%: тальк Mg3Si4O10(OH)2 6-8; терморасширенный графит 8-12; SiC 6-8; TiO2 2-4; CuO 2-4; хризотил Mg6Si4O10(OH)8 остальное.

Настоящее изобретение относится к смазочной композиции, содержащей минеральное масло и порошкообразный наполнитель, полученный при испарении и конденсации пара в плазменном испарителе, при этом масло в качестве порошкообразного наполнителя содержит смесь наноразмерного порошка латуни дисперсностью 10… 30 нм, ультрадисперсного порошка полититаната калия интеркалированного цинком дисперсностью 100… 300 нм и поверхностно-активное вещество, причем ультрадисперсный порошок полититаната калия интеркалированного цинком получен химическим методом, при следующем соотношении компонентов в масс.%: порошкообразный наполнитель, состоящий из   смеси наноразмерного порошка латуни,   ультрадисперсного порошка полититаната   калия, интеркалированного цинком, и   поверхностно-активного вещества 0,2 минеральное масло 99,8 Техническим результатом настоящего изобретения является повышение антифрикционных и антизадирных свойств масла.
Настоящее изобретение относится к антифрикционной смазке для узлов трения на основе литиевого мыла стеариновой кислоты и минерального масла, при этом она дополнительно содержит полиэтиленовый воск и суспензию титаната калия при следующем соотношении компонентов, мас.%: литиевое мыло стеариновой кислоты 5,0-12,0; полиэтиленовый воск 1,0-7,0; суспензия титаната калия 1,0-15,0; минеральное масло - остальное до 100%, причем суспензия титаната калия имеет следующий состав (мас.%): порошок титаната калия 60,1-70,0, минеральное масло - остальное до 100%.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул ауксинов. Указанный способ характеризуюется тем, что ауксин добавляют в суспензию агар-агара в этаноле в присутствии сложного эфира глицерина с одной-двумя молекулами пищевых жирных кислот и одной-двумя молекулами лимонной кислоты в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1000 об/мин, затем приливают ацетон, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро:оболочка в нанокапсулах составляет 1:1 или 5:1.

Изобретение относится к получению наноструктурированного порошка твердого раствора никель-кобальт. Способ включает взаимодействие кристаллических малорастворимых карбонатов никеля и кобальта с восстановителем в виде водного раствора гидразингидрата в концентрации 9,6 мас.%.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при восстановлении рабочей поверхности стенок кристаллизатора без его разборки. Способ включает очистку рабочей поверхности стенок кристаллизатора, дробеструйную обработку изношенных участков, примыкающих к углам кристаллизатора и расположенных в нижней части рабочих поверхностей стенок, изготовленных из меди или ее сплавов, и высокоскоростное газопламенное напыление на них жаропрочного износостойкого покрытия в виде механически активированного порошка cBN-Ni3Al-Si-C-Co-Y при следующем соотношении компонентов, мас.%: cBN 21-34, Ni3Al 37-40, Si 9-12, С 3-5, Со12-15,Y 5-7, начиная с глубины износа не менее 250-450 мкм, толщиной, не превышающей величину износа.

Изобретение относится к медицине, а именно к лабораторной диагностике, и может быть использовано для создания наборов микросфер, оптически кодированных за счет нанесения на их поверхность слоев противоположно заряженных полиэлектролитов и слоев водорастворимых флуоресцентных нанокристаллов и несущих на своей поверхности распознающие биологические молекулы.

Использование: для создания массива упорядоченных ферромагнитных нанопроволок на ступенчатой поверхности Cu2Si с буферным слоем меди. Сущность изобретения заключается в том, что способ формирования массива ферромагнитных нанопроволок включает формирование упорядоченной ступенчатой структуры силицида меди Cu2Si в условиях сверхвысокого вакуума на предварительно подготовленной поверхности вицинального кремния Si(111), на поверхность подложки Cu2Si/Si(111) наносят буферный слой меди толщиной 2 нм с последующим формированием на его поверхности эпитаксиальных массивов ферромагнитных нанопроволок с заданными геометрическими параметрами осаждением ферромагнитных металлов под малыми углами наклона в интервале (10°÷30°) к плоскости ступенчатой подложки с медным буферным слоем.
Изобретение относится к способу изготовления герметичных изделий. Способ включает изготовление внутренней оболочки из композиционного материала (КМ), формирование на ней герметичного покрытия, изготовление поверх покрытия наружной оболочки из КМ на основе того же типа армирующих волокон, что и КМ внутренней оболочки, при этом используют высокомодульные высокопрочные углеродные волокна.

Изобретение относится к полимерным материалам, предназначенным для упаковки пищевых продуктов и обеспечивающим их сохранение. Прозрачный высокобарьерный материал в форме многослойной структуры включает полимерную основу в виде полимерной пленки из сложного полиэфира, слой осажденного оксида алюминия, печатное изображение и полиолефиновую пленку.

Изобретение относится к способам получения тройных нано-гетероструктур из полупроводниковых материалов, характеризующихся различной шириной запрещенной зоны, и может быть использовано при разработке фотокатализаторов на основе нано-гетероструктурных материалов в фотоэлектрохимических и фотокаталитических устройствах для получения чистого водорода и кислорода, синтеза органических молекул.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается детекторной головки. Детекторная головка включает в себя корпус, который выполнен в виде основания и крышки.
Изобретение относится к изготовлению массивов кобальтовых нанопроволок в порах трековых мембран. Способ включает электроосаждение кобальта в поры трековых мембран из электролита, содержащего CoSO4⋅7H2O - 300-320 г/л, H3BO3 - 30-40 г/л, при рН 3,5-3,8 и температуре 40-45°С.

Изобретение относится к нанокомпозиционному материалу с ориентированной структурой на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, который может быть использован для изготовления триботехнических изделий, таких как подшипники скольжения, втулки, применяемые в слабо- и средненагруженных узлах трения, в том числе в эндопротезах коленных и тазобедренных суставов в качестве полимерного вкладыша. Полимерный материал содержит матрицу из сверхвысокомолекулярного полиэтилена с ориентированной надмолекулярной структурой с молекулярной массой 5⋅106 г/моль и наполнитель, в качестве которого используют многостенные углеродные нанотрубки, в количестве 0,1-1 мас. %. Причем многостенные углеродные нанотрубки выполнены диаметром 4-15 нм и длиной более 2 мкм. Полученный материал отличается равномерным распределением наполнителя в объеме полимерной матрицы и ориентированной структурой полимерной матрицы, а также обладает повышенным пределом прочности на растяжение и хорошими трибологическими свойствами. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области разработки металлоплакирующих присадок к смазочным материалам, содержащим нанокластеры меди размерами от 90 до 138 нм, для улучшения триботехнических свойств смазочной основы. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение триботехнических характеристик смазочных композиций за счет ускорения формирования защитной пленки на поверхностях трущихся тел. Сущность изобретения заключается в том, что присадка к смазочным материалам, включающая смазочное масло, стабилизатор, нанопорошок меди, при этом в качестве смазочной основы используется глицерин, и стабилизированные желатином нанокластеры меди размерами 80 – 138 нм, содержащиеся в концентрациях от 2,5 до 10 по массе, при следующем соотношении компонентов мас. : Глицерин 88,5 - 97,0 Желатин 0,5 - 1,5 Нанокластеры меди размерами 90 – 138 нм 2,5 – 10 6 табл.

Наверх